基于优化导数求算方法的水库水体总氮含量估算方法与流程

技术特征：

1.一种基于优化导数求算方法的水库水体总氮含量估算方法，其特征在于，包括步骤：

利用地物光谱仪在待测水库进行现场水体光谱测量和水体采样，记录水体在各波长处的反射率并收集若干组水样；

对收集的水样进行总氮含量的测量；

根据下述导数求算公式计算光谱反射率各波长的导数；

R_i'＝(2R_i+2+R_i+1-R_i-1-2R_i-2)/10

式中，R表示地物光谱仪测量的光谱反射率，i是波长，单位是nm；

从收集的水样样本中随机选择N个样本，利用光谱反射率导数和水库水体总氮含量进行Pearson相关性分析，得到光谱反射率各波长导数与总氮含量的相关系数P_i：

$P_i=\frac{{{\mathrm{\ΣR}}_i}^{\′}y-\frac{{{\mathrm{\ΣR}}_i}^{\′}\mathrm{\Σ}y}{N}}{\sqrt{({{\mathrm{\ΣR}}_i}^{\′2}-\frac{{\left({{\mathrm{\ΣR}}_i}^{\′}\right)}^2}{N})\left(\sqrt{({\mathrm{\Σy}}^2-\frac{{\left(\mathrm{\Σ}y\right)}^2}{N})}\right)}}$

其中，P_i为相关系数，i为波长，R_i'为光谱反射率各波长导数，y为水库水体总氮含量数据，N为样本个数；

选取相关系数P_i绝对值最大时对应的光谱反射率波长导数以及总氮含量，进行形如y＝kx+b的线性拟合，得到水库水体总氮含量估算模型，其中因变量y为总氮含量，自变量x为光谱反射率波长导数；

根据所述水库水体总氮含量估算模型对待测水库水体的总氮含量进行估算。

2.根据权利要求1所述的基于优化导数求算方法的水库水体总氮含量估算方法，其特征在于，

收集36组水样，并随机选择其中的26组水样进行所述水库水体总氮含量估算模型的建立，最终求得参数k＝19033.2321、b＝0.9943、决定系数为0.723，建立的水库水体总氮含量估算模型为y＝19033.2321x+0.9943。

3.根据权利要求2所述的基于优化导数求算方法的水库水体总氮含量估算方法，其特征在于，还包括步骤：

将N个样本之外的n个样本的光谱反射率波长导数作为自变量分别代入所述水库水体总氮含量估算模型中，得到总氮含量模拟值y’，结合测量值y，用均方根误差RMSE和平均相对误差MRE来表征模型的精度，RMSE和MRE的计算方法分别如下式所示；

$RMSE=\sqrt{\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{(y_j-y_j^{\′})}^2}{n}}$

$MRE=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\left|\frac{y_j-{y_j}^{\′}}{y_j}\right|}{n}\×100\%.$

4.根据权利要求3所述的基于优化导数求算方法的水库水体总氮含量估算方法，其特征在于，

利用统计分析软件的回归分析功能进行所述线性拟合。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于优化导数求算方法的水库水体总氮含量估算方法，其特征在于，

收集的水样装入水样瓶中，避免阳光照射并于24小时之内送回实验室进行总氮含量测量，测量方法为分光光度法。